小康井田“煤層缺失變薄帶”賦存規(guī)律及成因探究

史建軍

摘要：利用小康礦現(xiàn)有地質(zhì)資料重新進(jìn)行分析，運(yùn)用地質(zhì)力學(xué)原理，研究探討了本區(qū)“煤層缺失變薄帶”構(gòu)造特征、組合規(guī)律及力學(xué)成因，確立了本區(qū)特有的“煤層缺失變薄帶”構(gòu)造形態(tài)，對(duì)生產(chǎn)建設(shè)具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：小康井田；煤層缺失變薄帶；成因；賦存規(guī)律

小康礦自1990年11月15日投產(chǎn)以來(lái)，在采掘生產(chǎn)過(guò)程中，“煤層缺失變薄帶”這一特殊地質(zhì)構(gòu)造陸續(xù)在掘進(jìn)、回采過(guò)程中出現(xiàn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“無(wú)煤帶”）。本文從探索無(wú)煤帶成因入手，進(jìn)而掌握“無(wú)煤帶”的賦存規(guī)律，以指導(dǎo)采掘工程的設(shè)計(jì)與施工，避免或減少“無(wú)煤帶”給煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)的影響。

1 礦井概況

小康煤礦隸屬于鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司。小康煤礦井田煤系地層沉積類(lèi)型為內(nèi)陸山間湖泊、沼澤相，形成于中生代晚侏羅紀(jì)，巖層結(jié)構(gòu)多為復(fù)合層。成巖度低，巖石暴露于空氣中即發(fā)生軟化及崩解，強(qiáng)度損失快。小康煤礦采用中央立井單水平上下山開(kāi)拓，中央并列式通風(fēng)方式；井底車(chē)場(chǎng)水平標(biāo)高為399m（深度482m），回風(fēng)水-平標(biāo)高-398m（深度481m）。井下生產(chǎn)實(shí)施“一井一面”集約化生產(chǎn)模式，煤炭運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)膠帶連續(xù)化，主要生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視監(jiān)控。

2 小康井田構(gòu)造形跡分析

小康井田現(xiàn)今構(gòu)造形跡是多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的綜合產(chǎn)物。小康礦坐落在三臺(tái)子盆地，三臺(tái)子盆地形成后的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演化可劃分為4期，因此，小康井田現(xiàn)在大部分的構(gòu)造形跡都是兩次或多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，前期的構(gòu)造形跡與后期構(gòu)造形跡必然相互影響，主要表現(xiàn)在前期構(gòu)造形跡對(duì)后期的構(gòu)造形跡的控制，后期構(gòu)造形跡對(duì)前期構(gòu)造形跡的利用、改造。利用突出地表現(xiàn)在后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)沿用、遷就先存的斷裂面，改造則是指后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改變了原構(gòu)造形跡的力學(xué)性質(zhì)或形態(tài)特征等。

3 無(wú)煤帶的成因類(lèi)型

經(jīng)井下實(shí)際揭露和研究前人積累的大量的礦井地質(zhì)資料，我們認(rèn)為小康井田無(wú)煤帶的成因類(lèi)型既有構(gòu)造一沉積復(fù)合成因的，也有單一構(gòu)造成因的。

（1）泥炭堆積前或堆積期底板上隆形成的無(wú)煤帶簡(jiǎn)記為Ⅰ型無(wú)煤帶。這種無(wú)煤帶是由于煤層底板在泥炭堆積期前或泥炭堆積過(guò)程中，因構(gòu)造原因上隆，造成局部覆水變淺，不利于煤炭堆積而形成的。

（2）泥炭堆積期同沉積斷層形成的無(wú)煤帶

簡(jiǎn)記為Ⅱ型的無(wú)煤帶。這種無(wú)煤帶的主要特征是在同沉積正斷層兩側(cè)的煤厚突然變化，并且這種同沉積斷層在煤層頂面終止而不延伸到頂板巖石中。

（3）泥炭堆積后（準(zhǔn)同生期）上隆一侵蝕無(wú)煤帶

簡(jiǎn)記為Ⅲ型無(wú)煤帶。其煤層頂板下蝕形成的無(wú)煤帶并非通常由頂板砂礫巖或砂巖沉積時(shí)下蝕而成的河流沖刷帶，而表現(xiàn)為油頁(yè)巖或泥巖與煤層間為一個(gè)或數(shù)個(gè)波曲形界面，每個(gè)下凸波曲部分相當(dāng)于前述的無(wú)煤帶弧形下凸體。下凸界面并非圓滑，是由多個(gè)小的起伏構(gòu)成的，界面明顯切割了煤層及其夾矸薄層，界面下凸處無(wú)煤帶程度最大（圖1）。

尤其值得注意的是，這種無(wú)煤帶還具有以下幾點(diǎn)重要特征：①分布具有方向性；②多發(fā)育于次一級(jí)小背斜核的頂部；③煤層變薄、缺失帶之下或鄰近煤層及夾矸常伴有小型塑性刺穿的“底辟構(gòu)造”（圖2）。

（4）泥炭埋藏后斷層形成的無(wú)煤帶

簡(jiǎn)記為Ⅳ型無(wú)煤帶。形成這種類(lèi)型的煤層變薄、缺失帶的斷層有以下兩種情況：

①Ⅳ-A型煤層變薄、缺失帶

這種無(wú)煤帶的特點(diǎn)斷層面呈下凸的弧狀勺形，同一斷層的性質(zhì)（兩盤(pán)相對(duì)位移方向）隨弧狀斷層的傾向改變而不同（圖1）。

②IV-B型無(wú)煤帶

這種無(wú)煤帶的特點(diǎn)是斷層面相對(duì)平直的正斷層，傾角變化較大，但多>45°，落差多<5m，在斷層處形成煤層突然中斷或錯(cuò)位（圖2）。

4 “無(wú)煤帶”賦存規(guī)律的研究

為了科學(xué)地研究“無(wú)煤帶”賦存規(guī)律，我們先后利用了三維地震勘探技術(shù)和煤礦地震數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)解釋系統(tǒng)及地測(cè)空間管理信息系統(tǒng)軟件。

我們利用上述技術(shù)手段，終于摸清了“無(wú)煤帶”的賦存規(guī)律如下；

（1）“無(wú)煤帶”平面分布的形狀一般為條帶狀，個(gè)別的一端分叉?！盁o(wú)煤帶”長(zhǎng)度一般50～700m，寬10～70m。“無(wú)煤帶”的平面分布有一定的分區(qū)性。

（2）“無(wú)煤帶”多分布在煤厚異常區(qū)；地震反射波的異常區(qū)；泥巖段沉積期和斷層構(gòu)造的陡坡區(qū)；斷層發(fā)育地段。

（3）煤層中出現(xiàn)“無(wú)煤帶”大多底板不斷開(kāi)，靠近“無(wú)煤帶”兩端其煤層急劇上下彎曲，無(wú)明顯滑面?！盁o(wú)煤帶”的巖性呈片狀，遇風(fēng)和水易泥化且膨脹的油頁(yè)巖

（4）北一采區(qū)的“無(wú)煤帶”總體呈近南北向或由北北東向；而南一、南二采區(qū)最發(fā)育的“無(wú)煤帶”呈北西西向。

（5）“無(wú)煤帶”常與斷層相伴。即出現(xiàn)了大斷層其附近必伴生有“無(wú)煤帶”；出現(xiàn)15m寬以上的“無(wú)煤帶”常會(huì)伴生小斷層。

（6）“無(wú)煤帶”的發(fā)育程度在井田西部高于井田東部；在南二采區(qū)東北部高于南部，東部高于西部。

5 研究“無(wú)煤帶”成因及賦存規(guī)律的意義

5.1 對(duì)今后地質(zhì)工作的指導(dǎo)作用

小康井田“無(wú)煤帶”成因及賦存規(guī)律的研究，完善了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的體系；擴(kuò)大了礦井地質(zhì)工作的視野；明確了礦井構(gòu)造地質(zhì)研究的重點(diǎn)：提高了礦井地質(zhì)工作的超前意識(shí)；促進(jìn)了礦井地質(zhì)工作為礦井安全生產(chǎn)服務(wù)的深度。為在小康井田乃至整個(gè)三臺(tái)子煤田解釋“無(wú)煤帶”構(gòu)造提供了經(jīng)驗(yàn)。

5.2 對(duì)采礦生產(chǎn)的指導(dǎo)作用

（1）隨著機(jī)械化程度的提高，大功率采煤機(jī)組的應(yīng)用及“無(wú)煤帶”成因及賦存規(guī)律研究成果的應(yīng)用，擴(kuò)大了采區(qū)和工作面的有效面積，為采掘接續(xù)、長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和布置高產(chǎn)高效大功率工作面提供了地質(zhì)依據(jù)。

（2）“無(wú)煤帶”成因及賦存規(guī)律研究的應(yīng)用對(duì)于采區(qū)設(shè)計(jì)和工作面布置將產(chǎn)生積極的深遠(yuǎn)的重大影響。

（3）通過(guò)對(duì)采掘過(guò)程中遇到的無(wú)煤帶的分析判斷，可對(duì)采掘工作面按合理層位回采及掘進(jìn)、巷道改造及提高回采率等方面提供有力的理論支撐。